初探Linux內核編程，參數傳遞以及模塊間函數調用

一.前言

我們一起從3個小例子來體驗一下linux內核編程。如下：

1.內核編程之hello world

2.模塊參數傳遞

3.模塊間函數調用

二.准備工作

首先，在你的linux系統上面安裝linux頭文件，debian系列：

1 $:sudo apt-get install linux-headers-`uname -r`

安裝後，在你的/lib/modules/目錄下有你剛剛安裝的頭文件版本號對應的目錄。頭文件夾下面還有個build文件夾，裡面的Makefile文件是等會要編譯內核模塊用的。如圖，這是我機器上面的：

注意：安裝的頭文件版本一定要和你的系統版本一樣，不然你自己編寫的模塊不能插入到本機的內核。如果你apt-get安裝頭文件時，沒有對應的頭文件，或者你的源裡面放不穩定版本的源後，依然沒有對應的頭文件，你可以到這裡搜索需要的deb包來安裝。再或者下載跟本機對應的內核源碼來構建環境。

三.內核編程之hello world

我們先來了解下內核模塊文件的入口和出口。它由2個宏來注冊入口和出口，分別是：

1 module_init(x);
2 module_exit(x);

這2個宏在頭文件目錄的include/linux/module.h。宏裡面的x代表注冊到內核的入口和出口函數。通俗一點講就是模塊初始化和模塊卸載時調用的函數。

初始化函數的形式：int my_init(void);

退出函數的形式：void my_exit(void);

另外還有一些宏：

MODULE_LICENSE(_license)：模塊的許可證。

MODULE_AUTHOR(_author)：模塊的作者。

MODULE_VERSION(_version)：模塊版本

MODULE_DESCRIPTION(_description)：模塊的描述。

還有一些就不一一舉例了。

現在，我來看最簡單的hello world例子：

文件名：kernel_hello.c

 1 #include <linux/init.h>
 2 #include <linux/module.h>
 3 #include <linux/kernel.h>
 4 
 5 /* 以下4個宏分別是許可證，作者，模塊描述，模塊版本 */
 6 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
 7 MODULE_AUTHOR("yuuyuu");
 8 MODULE_DESCRIPTION("kernel module hello");
 9 MODULE_VERSION("1.0");
10 
11 /* 入口函數 */
12 static int hello_init(void)
13 {
14     printk(KERN_ALERT "hello_init() start\n");
15 
16     return 0;
17 }
18 
19 /* 退出函數 */
20 static void hello_exit(void)
21 {
22     printk(KERN_ALERT "hello_exit() start\n");
23 }
24 
25 /* 注冊到內核 */
26 module_init(hello_init);
27 module_exit(hello_exit);

上面的printk()函數時內核自己實現的輸出函數，KERN_ALERT時輸出信息的級別！

然後再寫一個很簡單的Makefile文件：

1 KERNAL_DIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
2 PWD := $(shell pwd)
3 
4 obj-m := kernel_hello.o
5 
6 default:
7     $(MAKE) -C $(KERNAL_DIR) M=$(PWD) modules

KERNAL_DIR：你剛剛安裝頭文件的目錄

PWD：代表當前你編寫模塊文件的目錄。

obj-m：模塊的依賴目標文件。另外，內核的Makefile文件：obj-m代表將目標文件編譯成模塊，obj-y代表編譯到內核，ojb-n代表不編譯。

-C：執行make的時候，把工作目錄切換到-C後面指定的參數目錄，這裡即頭文件目錄下的build目錄。

M：這個M時內核Makefile裡面的一個變量。作用時回到當前目錄繼續讀取Makefile，這裡的就是讀完build目錄下的Makefile之後再回到我們的這個目錄，讀取我們剛剛編寫的那個Makefile。

最後的modules是代表編譯模塊。

現在我們來編譯下，在我們編寫Makefile的目錄下執行make，會看到生成了模塊文件kernel_hello.ko

查看模塊信息：sudo modinfo kernel_hello.ko

可以看到剛剛那幾個宏插入的模塊信息。

現在我們一口氣執行4個動作：插入模塊，查看內核已插入的模塊，卸載模塊，查看dmesg信息：

可以看到，模塊在初始化和退出時都打印了函數裡面的信息。

四.模塊參數傳遞

模塊的參數傳遞也是一個宏，在頭文件目錄的include/linux/moduleparam.h：

1 module_param(name, type, perm)

name：模塊中的變量名，也是用戶可指定參數名。

type：byte，short，ushot，int，uint，long，ulong，charp，bool這些

perm：模塊的權限控制。跟linux文件權限控制一樣的。

文件名：kernel_hello_param.c

 1 #include <linux/init.h>
 2 #include <linux/module.h>
 3 #include <linux/kernel.h>
 4 
 5 /* 以下4個宏分別是許可證，作者，模塊描述，模塊版本 */
 6 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
 7 MODULE_AUTHOR("yuuyuu");
 8 MODULE_DESCRIPTION("kernel module hello");
 9 MODULE_VERSION("1.0");
10 
11 static char *msg;
12 module_param(msg, charp, 0644);
13 
14 /* 入口函數 */
15 static int hello_init(void)
16 {
17     printk(KERN_ALERT "hello_init() start\n");
18     printk(KERN_ALERT "%s\n", msg);
19 
20     return 0;
21 }
22 
23 /* 退出函數 */
24 static void hello_exit(void)
25 {
26     printk(KERN_ALERT "hello_exit() start\n");
27 }
28 
29 /* 注冊到內核 */
30 module_init(hello_init);
31 module_exit(hello_exit);

比上一個文件，就增加了11，12，18行。注意第12行的charp，是內核的字符指針。

編譯後，傳參插入，dmesg查看信息：

插入的參數msg跟在模塊後面即可。

五.模塊間函數調用

模塊的函數導出到符號表才可以供其他函數使用，需要用到宏：

1 EXPORT_SYMBOL(sym)

該宏在include/linux/export.h裡面。

既然模塊間函數調用，我們要編寫2個模塊。

文件一：kernel_fun.h

1 #ifndef KERNEL_FUN_H
2 #define KERNEL_FUN_H
3 
4 void fun(void);
5 
6 #endif

文件二，要導出的模塊文件：kernel_fun.c

 1 #include <linux/init.h>
 2 #include <linux/module.h>
 3 #include <linux/kernel.h>
 4 #include <linux/export.h>
 5 
 6 #include "kernel_fun.h"
 7 
 8 /* 以下4個宏分別是許可證，作者，模塊描述，模塊版本 */
 9 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
10 MODULE_AUTHOR("yuuyuu");
11 MODULE_DESCRIPTION("kernel module hello");
12 MODULE_VERSION("1.0");
13 
14 /* 入口函數 */
15 static int fun_init(void)
16 {
17     printk(KERN_ALERT "fun_init() start\n");
18 
19     return 0;
20 }
21 
22 void fun()
23 {
24     printk(KERN_ALERT "fun() is called\n");
25 }
26 
27 /* 退出函數 */
28 static void fun_exit(void)
29 {
30     printk(KERN_ALERT "fun_exit() start\n");
31 }
32 
33 /* 注冊到內核 */
34 module_init(fun_init);
35 module_exit(fun_exit);
36 
37 /* 導出符號表 */
38 EXPORT_SYMBOL(fun);

最後一行就是導出到符號表。

文件三，要調用模塊文件二的函數：kernel_mod.c

 1 #include <linux/init.h>
 2 #include <linux/module.h>
 3 #include <linux/kernel.h>
 4 #include <linux/export.h>
 5 
 6 #include "kernel_fun.h"
 7 
 8 /* 以下4個宏分別是許可證，作者，模塊描述，模塊版本 */
 9 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
10 MODULE_AUTHOR("yuuyuu");
11 MODULE_DESCRIPTION("kernel module hello");
12 MODULE_VERSION("1.0");
13 
14 /* 入口函數 */
15 static int mod_init(void)
16 {
17     printk(KERN_ALERT "mod_init() start\n");
18 
19     /* 調用fun */
20     fun();
21     return 0;
22 }
23 
24 /* 退出函數 */
25 static void mod_exit(void)
26 {
27     printk(KERN_ALERT "mod_exit() start\n");
28 }
29 
30 /* 注冊到內核 */
31 module_init(mod_init);
32 module_exit(mod_exit);

第20行即是調用其他模塊的函數。

這裡要編譯2個模塊，對應的Makefile文件：

1 KERNAL_DIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
2 PWD := $(shell pwd)
3 
4 obj-m := kernel_mod.o kernel_fun.o
5 
6 default:
7     $(MAKE) -C $(KERNAL_DIR) M=$(PWD) modules 

編譯好這2個模塊後，我們現在來驗證。注意，因為kernel_mod依賴kernel_fun，所以我要先插入kernel_fun模塊。

卸載模塊的時候，我們要先卸載kernel_mod，原因同上。

依次插入kernel_fun，查看它的符號表，然後插入kernel_mod，查看dmesg：

可以看到kernel_fun的fun()被kernle_mod調用了。